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技術 有害微量元素溶出抑制剤及び有害微量元素溶出抑制方法

出願人 中国電力株式会社
発明者 吉田和広
出願日 2008年5月15日 (12年1ヶ月経過) 出願番号 2008-128222
公開日 2009年11月26日 (10年7ヶ月経過) 公開番号 2009-276000
状態 拒絶査定
技術分野 他に分類されない燃焼
主要キーワード 空気供給機 溶出抑制作用 酸化カルシウム換算 設備スペース 溶出抑制剤 石炭灰処理 石炭ゲート 粉砕度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (3)

課題

石炭灰からの有害微量元素溶出簡易な方法で抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤、及びこれを用いた有害微量元素溶出抑制方法を提供すること。

解決手段

石炭火力発電システムにおいて、石炭燃焼時に火炉に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、石炭を燃焼させることにより得られ、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%未満である石炭灰と、消石灰生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含有し、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%以上である有害微量元素溶出抑制剤。

概要

背景

石炭火力発電システムにおいて石炭燃焼させる方法としては種々の方式があるが、なかでも、石炭を微粉砕した粒子を炉内に吹き込んで燃焼させる、いわゆる微粉炭燃焼が主に採用されている。そして、燃焼後の残渣となる石炭灰は、資源の有効利用の観点から、コンクリート土壌改良材等の土木建築材料として一部が使用されているが、余剰分については埋め立て処分されている。

ところで、燃料となる石炭は炭素以外にも、ホウ素、フッ素セレンヒ素六価クロム等の有害な元素を微量ながら含んでいる。このため、環境への配慮から、石炭灰からの有害微量元素溶出について、その許容濃度法律で規定されている。しかしながら、日本に輸出される石炭種は、年間100炭種以上あり、それらのすべてが、上記の規制値満足するわけではない。このため、石炭灰に含まれている有害微量元素の溶出濃度を規制値以下に低減するための技術が検討されている。

例えば、石炭灰にキレート剤等の微量元素溶出抑制剤を添加する方法や、石炭灰をセメント等により固化処理する方法が行われている(特許文献1から3参照)。

また、引用文献4には、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼残渣のうち煤塵集塵する集塵装置と、を備えた石炭火力発電システムにおいて、前記石炭に、前記石炭の燃焼残渣を添加して、前記集塵装置の集塵効率を向上する方法が開示されている。引用文献4に記載の発明によれば、石炭の燃焼残渣がフライアッシュとなる微小鉱物粒子物理的に取り込む結果、石炭の燃焼残渣の平均粒径を大きくすることが可能である。

特開2003−164886号公報
特開2003−200132号公報
特開2002−194328号公報
特開2007−333346号公報

概要

石炭灰からの有害微量元素の溶出を簡易な方法で抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤、及びこれを用いた有害微量元素溶出抑制方法を提供すること。石炭火力発電システムにおいて、石炭の燃焼時に火炉に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、石炭を燃焼させることにより得られ、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%未満である石炭灰と、消石灰生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含有し、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%以上である有害微量元素溶出抑制剤。

目的

更に、引用文献4に記載の集塵効率を向上する方法は、燃焼前の石炭に石炭灰を添加することにより、燃焼後の石炭灰の平均粒径を向上させることを目的とする方法であり、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤の構成等については、何ら検討されているものではない。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

石炭火力発電システムにおいて、石炭燃焼時に火炉に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、石炭を燃焼させることにより得られ、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%未満である石炭灰と、消石灰生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含有し、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%以上である有害微量元素溶出抑制剤。

請求項2

石炭を燃焼することにより得られ、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%未満である前記石炭灰が、プレアゾール炭、ユーラン炭、コーレックス炭、又はシャーボン炭を燃焼させることにより得られる石炭灰である請求項1に記載の有害微量元素溶出抑制剤。

請求項3

石炭火力発電システムにおいて燃料となる石炭に、有害微量元素溶出抑制剤を添加することにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制する有害微量元素溶出抑制方法であって、有害微量元素溶出抑制剤として、請求項1又は2に記載の有害微量元素溶出抑制剤を用いることを特徴とする有害微量元素溶出抑制方法。

請求項4

前記有害微量元素溶出抑制剤を、燃焼後の石炭灰中に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で4質量%以上となるように添加する、請求項3記載の有害微量元素溶出抑制方法。

技術分野

0001

本発明は、石炭燃料残渣である石炭灰からの有害微量元素溶出を抑制するために用いられる、有害微量元素溶出抑制剤及び有害微量元素溶出抑制方法に関する。

背景技術

0002

石炭火力発電システムにおいて石炭を燃焼させる方法としては種々の方式があるが、なかでも、石炭を微粉砕した粒子を炉内に吹き込んで燃焼させる、いわゆる微粉炭燃焼が主に採用されている。そして、燃焼後の残渣となる石炭灰は、資源の有効利用の観点から、コンクリート土壌改良材等の土木建築材料として一部が使用されているが、余剰分については埋め立て処分されている。

0003

ところで、燃料となる石炭は炭素以外にも、ホウ素、フッ素セレンヒ素六価クロム等の有害な元素を微量ながら含んでいる。このため、環境への配慮から、石炭灰からの有害微量元素の溶出について、その許容濃度法律で規定されている。しかしながら、日本に輸出される石炭種は、年間100炭種以上あり、それらのすべてが、上記の規制値満足するわけではない。このため、石炭灰に含まれている有害微量元素の溶出濃度を規制値以下に低減するための技術が検討されている。

0004

例えば、石炭灰にキレート剤等の微量元素溶出抑制剤を添加する方法や、石炭灰をセメント等により固化処理する方法が行われている(特許文献1から3参照)。

0005

また、引用文献4には、石炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流に設けられ前記石炭の燃焼残渣のうち煤塵集塵する集塵装置と、を備えた石炭火力発電システムにおいて、前記石炭に、前記石炭の燃焼残渣を添加して、前記集塵装置の集塵効率を向上する方法が開示されている。引用文献4に記載の発明によれば、石炭の燃焼残渣がフライアッシュとなる微小鉱物粒子物理的に取り込む結果、石炭の燃焼残渣の平均粒径を大きくすることが可能である。

0006

特開2003−164886号公報
特開2003−200132号公報
特開2002−194328号公報
特開2007−333346号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、特許文献1から特許文献3に記載の従来技術は、燃料残渣である石炭灰に添加剤を加えることで有害微量元素の溶出濃度を低減するものである。この場合、石炭灰に添加剤を加えて混合するための設備として、サイロ水タンク混合装置等が大規模に必要となり、処理コストが高騰し、設備スペースも新たに必要となるという問題がある。

0008

また、特許文献1から特許文献3に記載の従来技術では重金属の溶出防止は検討されているものの、ホウ素やフッ素等の軽元素の溶出防止についての検討が不充分であった。

0009

更に、引用文献4に記載の集塵効率を向上する方法は、燃焼前の石炭に石炭灰を添加することにより、燃焼後の石炭灰の平均粒径を向上させることを目的とする方法であり、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤の構成等については、何ら検討されているものではない。

0010

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、石炭灰からの有害微量元素の溶出を簡易な方法で抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、有害微量元素の溶出抑制に特に好適な有害微量元素溶出抑制剤、及びこれを用いた有害微量元素溶出抑制方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

本発明者らは、有害微量元素溶出抑制剤に、カルシウム含有量所定量未満である石炭灰と、消石灰生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含有させ、有害微量元素溶出抑制剤中のカルシウム含有量を所定量以上としたとき、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

0012

具体的には、本発明は以下のものを提供する。

0013

(1)石炭火力発電システムにおいて、石炭の燃焼時に火炉に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤であって、石炭を燃焼させることにより得られ、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%未満である石炭灰と、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含有し、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%以上である有害微量元素溶出抑制剤。

0014

(1)の有害微量元素溶出抑制剤は、石炭灰を含有するものである。石炭灰を含有する有害微量元素溶出抑制剤を石炭に添加することにより、燃焼残渣における灰分の量が増加し、燃焼残渣中の有害微量元素の濃度が低減されるので、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。

0015

また、本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有し、全体としてカルシウムを、酸化カルシウム換算で5質量%以上含有する。これらのカルシウム源を有害微量元素溶出抑制剤に含有させることにより、有害微量元素溶出抑制剤にカルシウム含有量が5質量%未満である石炭灰を用いたとしても、カルシウム含有量を十分に確保することができる。カルシウム分を多く含有する有害微量元素溶出抑制剤を石炭中に混合した場合、燃焼残渣である石炭灰の融点を低下させ石炭灰粒子の表面を融解させることにより、石炭灰中の有害微量元素を物理的に封じ込めることが可能であると共に、カルシウム分が一部の有害微量元素と化学的に反応することにより、有害微量元素を不溶化させることができる。

0016

(2)石炭を燃焼することにより得られ、カルシウム含有量が、酸化カルシウム換算で5質量%未満である前記石炭灰が、プレアゾール炭、ユーラン炭、コーレックス炭、又はシャーボン炭を燃焼させることにより得られる石炭灰である(1)に記載の有害微量元素溶出抑制剤。

0017

(2)に記載の有害微量元素溶出抑制剤は、カルシウム分に乏しい石炭灰を生成する石炭の種類を特定したものである。本発明の有害微量元素溶出抑制剤においては、このような炭種の石炭を用いた場合でも、カルシウム分の含有量を十分に確保することができるので、有害微量元素の溶出抑制効果を十分に発揮することができる。

0018

(3)石炭火力発電システムにおいて燃料となる石炭に、有害微量元素溶出抑制剤を添加することにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制する有害微量元素溶出抑制方法であって、有害微量元素溶出抑制剤として、(1)又は(2)に記載の有害微量元素溶出抑制剤を用いることを特徴とする有害微量元素溶出抑制方法。

0019

(3)に記載の有害微量元素溶出抑制方法は、(1)又は(2)に記載の発明を方法の発明として規定したものである。従って、上記(1)又は(2)に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

0020

(4) 前記有害微量元素溶出抑制剤を、燃焼後の石炭灰中に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で4質量%以上となるように添加する、請求項3記載の有害微量元素溶出抑制方法。

0021

(4)に記載の有害微量元素溶出抑制方法は、有害微量元素溶出抑制剤の添加量を規定したものである。有害微量元素溶出抑制剤を、燃焼後の石炭灰中に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で4質量%以上となるように添加するため、燃焼後の石炭灰に十分量のカルシウムを含有させることができ、有害微量元素溶出抑制効果を一定以上に保つことができる。

発明の効果

0022

本発明によれば、有害微量元素溶出抑制剤に、石炭灰を含有させるので、燃料残渣における灰分の量を増加させることができ、有害微量元素の溶出量を低下させることができる。また、有害微量元素溶出抑制剤が消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有するので、カルシウム分に乏しい石炭灰を用いた場合でも、有害微量元素溶出抑制剤におけるカルシウム含有量を十分に確保することができる。このため、有害微量元素溶出抑制剤が石炭に添加された場合、燃焼残渣である石炭灰の融点を低下させ石炭灰粒子の表面を融解させることにより、石炭灰中の有害微量元素を物理的に封じ込めることが可能であると共に、カルシウム分が一部の有害微量元素と化学的に反応することにより、有害微量元素を不溶化させることができる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

0024

<A:石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設の構成>
以下、本発明の一例を示す実施形態について、図面に基づいて説明する。
図1は、石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設1を示すブロック図である。ここで、図1に示すように、微粉炭燃焼施設1は、石炭を供給する石炭供給部12と、供給された石炭を微粉炭にする微粉炭生成部14と、微粉炭を燃焼する微粉炭燃焼部16と、微粉炭の燃焼により生成された石炭灰を処理する石炭灰処理部18と、を備える。また、図2は、微粉炭燃焼部16における火炉161付近の拡大図である。

0025

<A−1:石炭供給部>
石炭供給部12は、石炭を貯蔵する石炭バンカ121と、この石炭バンカ121に貯蔵された石炭を供給する給炭機122と、を備える。石炭バンカ121は、給炭機122へ供給する石炭を貯蔵する。給炭機122は、石炭バンカ121から供給された石炭を連続して石炭微粉炭機141へ供給するものである。また、この給炭機122は、石炭の供給量を調整する装置を備えており、これにより、石炭微粉炭機141に供給される石炭量が調整される。また、これら石炭バンカ121と給炭機122との境界には石炭ゲートが設けられており、これにより、給炭機からの空気が石炭バンカへ流入するのを防いでいる。

0026

<A−2:微粉炭生成部>
微粉炭生成部14は、石炭を微粉炭燃焼が可能な微粉炭にする石炭微粉炭機(ミル)141と、この石炭微粉炭機141に空気を供給する空気供給機142と、を備える。

0027

石炭微粉炭機141は、給炭機122から給炭管を介して供給された石炭を、微細粒度粉砕して微粉炭を形成すると共に、この微粉炭と、空気供給機142から供給された空気とを混合する。このように、微粉炭と空気とを混合することにより、微粉炭を予熱及び乾燥させ、燃焼を容易にする。形成された微粉炭には、エアーが吹きつけられて、これにより、微粉炭燃焼部16に微粉炭を供給する。

0028

石炭微粉炭機141の種類としては、ローラミルチューブミルボールミルビータミル、インペラーミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく微粉炭燃焼で用いられるミルであればよい。

0029

<A−3:微粉炭燃焼部>
微粉炭燃焼部16は、微粉炭生成部14で生成された微粉炭を燃焼する火炉161と、この火炉161を加熱する加熱機162(熱交換ユニット)と、火炉161に空気を供給する空気供給機163と、を備える。

0030

火炉161は、加熱機162(熱交換ユニット)により加熱されて、石炭微粉炭機141から微粉炭管を介して供給された微粉炭を、空気供給機163から供給された空気と共に燃焼する。微粉炭を燃焼することにより石炭灰が生成され、排ガスと共に石炭灰処理部18に排出される。

0031

図2を参照して、火炉161について詳しく説明すると、図2において、火炉161は全体として略逆U字状をなしており、図中矢印に沿って燃焼ガスが逆U字状に移動した後、再度小さくU字状に反転し、火炉161の出口図2における矢印の最後)は、図1における脱硝装置181、集塵機182に接続されている。本実施形態に係る微粉炭燃焼施設においては、火炉161の高さは30mから70mであり、排ガスの流路全長は300mから1000mに及ぶ。

0032

火炉161の下方には、火炉161内のバーナーゾーン161a’付近で微粉炭を燃焼するためのバーナ161aが配置されている。また、火炉161内のU字頂部付近には、火炉上部分割壁161b、最終過熱器161b’、第1の再熱器161f(いずれも熱交換ユニット)が配置されており、更にそこから横置き1次過熱器161c(熱交換ユニット)が続いて配置されている。更に、横置き1次過熱器161cと平行して第2の再熱器161f’が設けられており、横置き1次過熱器161cの終端付近からは、1次節炭器161d(熱交換ユニット)、2次節炭器161e(熱交換ユニット)が2段階に設けられている。ここで、節炭器(ECOとも呼ばれる)は、燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。なお、本実施形態においては、火炉161中、1次節炭器161dと2次節炭器161eとは、2段階に分離して設置されているが、このような形態に限定されない。即ち、火炉161は単一の節炭器のみを有するものであってもよい。

0033

<A−4:石炭灰処理部>
石炭灰処理部18は、微粉炭燃焼部16から排出された排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置181と、排ガス中の煤塵を除去する集塵機182と、この集塵機182で収集された石炭灰を一次貯蔵する石炭灰回収サイロ183と、を備える。

0034

脱硝装置181は、排ガス中の窒素酸化物を除去するものである。即ち、比較的高温(300〜400℃)の排ガス中に還元剤としてアンモニアガス注入し、脱硝触媒との作用により排ガス中の窒素酸化物を無害窒素水蒸気に分解する、いわゆる乾式アンモニア接触還元法が好適に用いられる。

0035

集塵機182は、排ガス中の石炭灰を電極で収集する装置である。この集塵機182により収集された石炭灰は、石炭灰回収サイロ183に搬送される。また、石炭灰が除去された排ガスは、図示しない脱硫装置を介した後に煙突から排出される。

0036

石炭灰回収サイロ183は、集塵機182により収集された石炭灰を一次貯蔵する設備である。

0037

<B:本発明の有害微量元素溶出抑制剤>
本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、上記微粉炭燃焼施設1に代表される石炭火力発電システムで用いられるものであり、微粉炭燃焼施設1において、石炭の燃焼時に火炉161に添加されることにより、前記石炭の燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素の溶出を抑制するために用いられる有害微量元素溶出抑制剤である。本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、石炭灰を燃焼させることにより得られ、カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で5質量%未満である石炭灰と、消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含有し、カルシウム含有量が酸化カルシウム換算で5質量%以上である。

0038

有害微量元素溶出抑制剤に石炭灰を含有させることにより、燃焼残渣における灰分の量を増加させることができるため、石炭灰中における有害微量元素の含有量を低下させることにより、有害微量元素の溶出を有効に抑制することができる。また、有害微量元素溶出抑制剤に消石灰、生石灰、及び石灰石からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有させるので、有害微量元素溶出抑制剤に添加する石炭灰として、カルシウム分に乏しい石炭灰を用いたとしても、有害微量元素溶出抑制剤におけるカルシウム含有量を十分に確保することができる。このような有害微量元素溶出抑制剤を石炭に添加して燃焼させた場合、燃焼残渣である石炭灰の融点を低下させ石炭灰粒子の表面を融解させることにより、石炭灰中の有害微量元素を物理的に封じ込めることが可能であると共に、カルシウム分が一部の有害微量元素と化学的に反応することにより、有害微量元素を不溶化させることができる。

0039

有害微量元素溶出抑制剤の製造に用いられる石炭灰の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、上述した微粉炭燃焼施設1で所望の石炭を燃焼させることにより、製造することができる。本発明の有害微量元素溶出抑制剤に添加される石炭灰を製造するために用いられる石炭としては、特に限定されるものではないが、プレゾール炭、ユーラン炭、コーレックス炭、及びシャーボン炭を用いることが好ましい。これらの石炭を燃焼させることにより生成する石炭灰は、カルシウム分に乏しいものであるが、本発明の有害微量元素溶出抑制剤は、カルシウム源を別途添加するため、燃焼残渣である石炭灰からの有害微量元素溶出抑制効果を十分に得ることができる。

0040

有害微量元素溶出抑制剤は粒状又は粉末状であることが好ましく、具体的には、平均粒径が10μmから100μmであることが好ましく、10μmから80μmであることがより好ましく、10μmから60μmであることが更に好ましい。平均粒径が10μm未満である場合には、平均粒径が細かすぎ、有害微量元素溶出抑制剤として実用的ではない。平均粒径が100μmを超える場合には、平均粒径を調整することによる効果を殆ど得ることができない。また、平均粒径を80μm以下とする場合には、石炭微粉炭機141を用いて有害微量元素溶出抑制剤の粒径を調整することができ、効率的である。更に、平均粒径を60μm以下とする場合には、有害微量元素溶出抑制剤の粒径を調整することによる効果を十分に得ることができる。

0041

<C:本発明の有害微量元素溶出抑制方法>
本発明の有害微量元素溶出抑制方法は、石炭火力発電システムにおいて燃料となる石炭に、有害微量元素溶出抑制剤を添加することにより、前記石炭の燃焼残渣からの有害微量元素の溶出を抑制する有害微量元素溶出抑制方法であるが、これを、上記の微粉炭燃焼施設1を用いて説明する。

0042

この工程は、石炭を供給する石炭供給工程S10と、供給された石炭を粉砕して微粉炭を生成する微粉炭生成工程S20と、この微粉炭を燃焼して石炭灰を生成する微粉炭燃焼工程S30と、この石炭灰を集塵しこれを収容する石炭灰処理工程S40とを含み、これら各工程は、それぞれ、上述の微粉炭燃焼施設1の石炭供給部12、微粉炭生成部14、微粉炭燃焼部16、及び石炭灰処理部18、において行われる。そして、本発明の特徴である有害微量元素溶出抑制剤添加工程S50は、好ましくは上記の石炭供給工程S10、微粉炭生成工程S20、微粉炭燃焼工程S30のいずれかで行われる。

0043

<石炭供給工程S10>
まず、石炭供給工程では、石炭バンカ121に貯蔵された石炭が、給炭機122により、石炭微粉炭機141に供給される。なお、この石炭微粉炭機141に供給される石炭は、具体的には瀝青炭亜瀝青炭、又は褐炭等であるが、これらの石炭に限定されるものではなく微粉炭燃焼が行える石炭であればよい。

0044

<微粉炭生成工程S20>
次に、微粉炭生成工程では、給炭機122から供給された石炭が石炭微粉炭機141により粉砕されて、これにより、微粉炭が生成される。生成された微粉炭は、火炉161に供給される。このとき、この微粉炭生成工程で粉状に形成された微粉炭の平均の粒度は、微粉炭燃焼で一般的に用いられる粒径範囲であればよく、一般的には、74μmアンダー80wt%以上の粉砕度である。なお、この範囲は有害微量元素溶出抑制剤が添加された場合にも適用できる。

0045

<微粉炭燃焼工程S30>
次に、微粉炭燃焼工程では、石炭微粉炭機141で生成された微粉炭が、火炉161により燃焼される。図2に示すように、バーナーゾーン161a’においては微粉炭が燃焼されるが、このときの温度は1300℃から1500℃に及び、燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に火炉上部分割壁161b、最終過熱器161b’、第1の再熱器161f、第2の再熱器161f’、横置き1次過熱器161c(いずれも熱交換ユニット)を通過し、1次節炭器161d(熱交換ユニット)、2次節炭器161e(熱交換ユニット)を順次通過する。上記のように、この熱交換ユニット付近は、850℃から900℃前後が維持されている領域であり、この燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、温度が低下する。排ガスがバーナーゾーン161a’から節炭器付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね5秒から10秒である。そして、その後、後段の脱硝装置181、集塵機182に送られる。この微粉炭燃焼工程で生成される石炭灰は、通常、その平均の粒度が1μmから100μmの範囲内の粉末状である。

0046

<石炭灰処理工程S40>
その後、微粉炭を燃焼することにより生成された石炭灰は、排ガスと共に脱硝装置181に排出され、集塵機182を経て石炭灰回収サイロ183に送られる。この集塵機182は複数段設けられていることが好ましい。

0047

<有害微量元素溶出抑制剤添加工程S50>
本発明の特徴である有害微量元素溶出抑制剤を添加する工程である有害微量元素溶出抑制剤添加工程S50は、図1に示すように、好ましくは上記の石炭供給工程S10、微粉炭生成工程S20、微粉炭燃焼工程S30のいずれかに対して行われる(それぞれ、図1におけるS51、S52、S53)。

0048

なお、有害微量元素溶出抑制剤の添加場所は、石炭の状態であれば特に限定されず、例えば、石炭供給工程S10と微粉炭生成工程S20との間の移送路や、微粉炭生成工程S20と微粉炭燃焼工程S30との間の移送路等で行われてもよい。

0049

具体的には、例えば、給炭機122から石炭微粉炭機141に輸送する際の移送中のベルトコンベア上に有害微量元素溶出抑制剤を供給して混合する方法、有害微量元素溶出抑制剤を石炭微粉炭機141の石炭ホッパー(図示せず)に直接投入する方法、石炭微粉炭機141と火炉161の間の配管剤投入口を設けて供給する方法、火炉161へ燃焼用空気と共に直接投入する方法、火炉161の一部を構成する、火炉上部分割壁161b、最終過熱器161b’、第1の再熱器161f、第2の再熱器161f’、横置き1次過熱器161c、等の熱交換ユニット付近に添加する方法、等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。このように、本発明の方法は新たな設備を必要とせず、既存の設備の軽微な改良で適用可能であるため、既存設備を有効利用することができ、コスト的にも有利である。

0050

有害微量元素溶出抑制剤の石炭への添加量は、燃焼後の石炭灰に含まれるカルシウムが、酸化カルシウム換算で4質量%以上となるように添加することが好ましい。燃焼後の石炭灰中のカルシウム含有量が酸化カルシウム換算で4質量%未満である場合には、有害微量元素溶出抑制剤を添加することによる効果を実質的に得ることができない。一方、有害微量元素溶出抑制剤は、カルシウム分の添加に伴うスラッギングファウリングを防止するという観点から、10質量%未満であることが好ましい。燃焼後の石炭灰におけるカルシウム含有量の好ましい値は5質量%である。

0051

有害微量元素溶出抑制剤は、燃焼の結果生成する石炭灰の溶融点が1200℃以上となるように添加することが好ましく、1300℃以上となるように添加することが更に好ましい。石炭灰の溶融点が1200℃以上であるので、火炉161内部で石炭灰が過剰に溶融し、スラッギングやファウリングが発生することを防止することができる。更に、石炭灰の溶融点が1300℃以上となるように添加することで、このようなスラッギングやファウリングの発生の防止の効果をより強く得ることができる。

0052

石炭灰の溶融点は、石炭灰の構成成分により大きく左右される。即ち、石炭灰中に酸化鉄(III)、酸化カルシウム酸化マグネシウム酸化ナトリウム酸化カリウム等が多量に存在するときには、石炭灰の溶融点が相対的に低くなる傾向にあり、石炭灰中に、酸化ケイ素酸化アルミニウム酸化チタン等が多量に存在するときには、石炭灰の融点が相対的に高くなる傾向にある。有害微量元素溶出抑制剤の添加にあたっては、これらの成分の石炭灰中での含有量を調整する形で、石炭灰の溶融点を調整することができる。

0053

また、本発明においては、水100質量部に対して、石炭灰10質量部を添加することにより生成される水溶液のpHが12.0以上となるように石炭添加用溶出抑制剤を添加することもできる。セレン、ホウ素、ヒ素等の元素は、石炭灰のpHが高いほど、石炭灰から溶出しにくいという性質を有する。このため、石炭灰のpHを12.0以上とすることにより、これらの元素が石炭灰から溶出することを有効に抑制することができる。
なお、石灰石の添加量は、上記条件で調整される水溶液のpHが12.5以上となるように添加することがより好ましく、13.0以上となるように添加することが更に好ましい。このようなpHとなるように石灰石を添加することにより、セレン、ホウ素、ヒ素等の元素の溶出抑制作用を更に強めることができる。

図面の簡単な説明

0054

本発明の一実施形態を示す石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼施設の概略構成図である。
図1における火炉付近の拡大図である。

符号の説明

0055

1微粉炭燃焼施設
12石炭供給部
121石炭バンカ
122給炭機
14微粉炭生成部
141石炭微粉炭機
142空気供給機
16 微粉炭燃焼部
161火炉
162加熱機
163 空気供給機
18石炭灰処理部
181脱硝装置
182集塵機
183石炭灰回収サイロ
S10 石炭供給工程
S20 微粉炭生成工程
S30 微粉炭燃焼工程
S40 石炭灰処理工程
S50 有害微量元素溶出抑制剤添加工程

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